天然气水合物开采区域地层能量补偿装置

1.本实用新型涉及一种天然气水合物开采区域地层能量补偿装置。


背景技术：

2.天然气水合物，即俗称的“可燃冰”，主要成分为ch4与水在低温高压下形成的一种笼形固体化合物。初步估计，其储藏量约为数百万亿立方米，90%以上均赋存于海底黏土质粉砂或淤泥质沉积物中。在当前能源紧缺的国际背景下，天然气水合物作为一种储量巨大，污染较低的新型能源，其开采利用问题凸显的愈发重要。目前常见的开采方式主要有热激法（加热法）、降压法、化学抑制剂法及co—ch4置换法，以及上述几种方法间的联合应用。
3.热激法的具体实施方式主要包括：1）注热法，通过将表层热海水，蒸汽，热盐水或其他热流体将热量传输至开采区域，其缺陷主要在于，由于传输距离远，输运损耗严重，效率低；2）联合深海地热开采技术，通过将co2或低温海水经泵注入具有地热能源的高温岩层，抽取热量后，高温海水经套管返至水合物储层，提供热量，但其需进行海底深度钻井及地震勘探，导致成本急剧提高，另外地热能源分布范围有限；3）原位补热法,通过将氧化钙(cao)粉末注入天然气水合物储层，氧化钙(cao)粉末与水反应释放热量，提供天然气水合物的分解热，但其生成物氢氧化钙（caoh）会对环境产生负面影响，且目前尚无有效方法将固态物质大范围注入储层；4）电能驱动相关的水合物热激发技术，通过微波、电磁波、射频等方式加热水合物储层，但由于储层电阻率较高，加热效果较差；热激法的主要目的是通过将热量直接传递至天然气水合物储层，使水合物储层的温度整体上升，促使水合物在相位曲线上发生偏移，进而分解得到天然气。但由于水合物储层热导率较低，加热困难，同时由于孔隙率也很低，在加热时周围黏土质粉砂或淤泥质沉积物不可避免的要吸收巨大热量，造成巨大的能源浪费。在上述各类热激法基础上改进的多水平井热水注入法，虽可提升产气效率，然而实施成本较高。
4.在降压法开采中，由于天然气水合物分解吸收能量，开采一段时间后开采区域温度下降，进而使水合物分解效率降低。


技术实现要素：

5.本实用新型对上述问题进行了改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种天然气水合物开采区域地层能量补偿装置，对天然气水合物储层温度下降区域进行能量补偿，提高开采效率。
6.本实用新型是这样构成的，它包括用以沉贯至地层内的自入补偿装置和高压注入系统，所述自入补偿装置内部设置有过流通道，所述高压注入系统包括用以提供注射动力的储集加压装置和高压管，所述高压管上端与储集加压装置连接，所述高压管下端与过流通道输入口连接。
7.进一步的，所述自入补偿装置外侧部设置有热传导系统，所述热传导系统包括无缝钢管以及设置在无缝钢管内下部的液氨层。
8.进一步的，所述自入补偿装置包括由上至下依次设置的尾部构件、中部构件和头部构件，所述中部构件两侧设置有侧翼。
9.进一步的，所述过流通道包括竖通道以及多条横通道，所述横通道输出端设有出液口。
10.进一步的，所述中部构件上方设置有高压管头连接装置，用以将高压管下端与过流通道进行连接。
11.进一步的，所述高压注入系统侧部设置有锚缆控制装置，所述锚缆控制装置与自入补偿装置之间经悬挂锚缆连接。
12.与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：（1）传统方法通过钻设新井筒进行注热，成本较高；自入补偿装置可依靠冲击贯入天然气水合物开采区域地层，不需外部能量，并可回收重复利用，成本低；（2）传统方法通过原有开采井注入热源，到达温度下降区的渗流路径长，且需要暂停生产；本方法可直接向温度下降区域注入热源；（3）本装置还可以利用地温梯度特性，通过高效热传导系统将储层下侧地层的能量快速传导至开采区域，进一步补偿因水合物分解吸热而导致的能量损失。
附图说明
13.图1为本实用新型实施例工作示意图；
14.图2为本实用新型实施例自入补偿装置结构示意图；
15.图3为本实用新型实施例中部构件竖向剖视图；
16.图4为本实用新型实施例中部构件横向剖视图；
17.图5为本实用新型实施例热传导系统分布图。
18.图中：a-天然气水合物储层；b-天然气水合物储层下伏层；1-热传导系统，2-自入补偿装置，21-尾部构件，211-高压管头连接装置，22-中部构件，23-头部构件，24-侧翼，3-高压注入系统，31-储集加压装置，32-高压管，4-悬挂锚缆，5—锚缆控制装置，6-过流通道，61-竖通道，62-横通道，7-出液口。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。
20.实施例：参照附图1-5所示，提供一种天然气水合物开采区域地层能量补偿装置，包括用以沉贯至地层内的自入补偿装置2和高压注入系统3，自入补偿装置的外形类似鱼雷锚，所述自入补偿装置内部设置有过流通道6，所述高压注入系统包括用以提供注射动力的储集加压装置31和高压管32，所述高压管上端与储集加压装置连接，所述高压管下端与过流通道输入口连接，用以将热水经高压管、过流通道和出液口注入储层温度下降的区域，对其进行能量补偿。
21.自入补偿装置在海水中释放，通过自身的重力获得较高的速度，同时带动高压管的下部一起冲击进入温度下降区域层内。
22.储层包括天然气水合物储层a和天然气水合物储层下伏层b。
23.上述的高压注入系统采用的热水可以是海面热水或利用太阳能进行加热的水源或利用物理化学方式制造的热水。
24.在本实施例中，所述自入补偿装置外侧部沿自入补偿装置中心位置周向设置有多个热传导系统1，所述热传导系统包括无缝钢管以及设置在无缝钢管内下部的液氨层。
25.上述的热传导系统是一种气液两相对流循环传热的装置，无缝钢管上部位于需要能量补充的地层，下部位于温度相对较高的地层；液氨在下部接触高温地层时可以沸腾变为气态氨吸收热量，气态氨向上运动，在上部低温环境中冷凝释放热量，重新变为液态氨回流到下部。
26.液氨在不同压力下具有不同的沸点，据此设计封闭无缝钢管内部初始压力，可适应不同的天然气水合物开采环境，使得利用地温梯度传热的能力达到最佳效果。
27.在本实施例中，所述自入补偿装置2包括由上至下依次设置的尾部构件21、中部构件22和头部构件23，所述中部构件两侧设置有侧翼24。头部构件下部为尖锐部。
28.在本实施例中，所述过流通道6包括竖通道61以及多条横通道62，所述横通道输出端设有出液口；竖通道和多条横通道具体设置在中部构件内部。
29.在本实施例中，所述中部构件上方设置有高压管头连接装置211，高压管头连接装置位于头部构件内部，用以将高压管下端与过流通道进行连接。
30.在本实施例中，所述高压注入系统侧部设置有锚缆控制装置5，所述锚缆控制装置与自入补偿装置之间经悬挂锚缆4连接。
31.在本实施例中，自入补偿装置外侧涂有润滑性涂料，能够有效提高耐磨损率和自润滑能力，可以提高自入补偿装置的整体性能，避免海水腐蚀，提高使用时间；优选的，自入补偿装置外侧的涂料采用镍基混合粒子复合涂料。
32.在本实施例中，工作时：
33.1）开采进行到一定程度后，依据开采需求，选定地层温度下降较大的区域作为工作区。
34.2）通过施工船或在原有施工作业平台上的吊装系统，将自入补偿装置在工作区上方一定高度海里释放，下落的过程中主要依靠重力产生较大速度，通过尖锐状的头部破裂储层，沉贯而入。
35.3）自入补偿装置进入地层稳定后，利用高压注入系统的储集加压装置进行加压，将热水经由高压管、过流管道从出液口向温度下降的地层注入，补偿水合物开采导致的储层能量损失。
36.4）待开采作业完成后，利用锚缆控制装置拉拔回收自入补偿装置，以备重复利用。
37.上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。
38.如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。
39.同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接（例如使用螺栓或螺钉连接），也
可以理解为：不可拆卸的固定连接（例如铆接、焊接），当然，互相固定连接也可以为一体式结构（例如使用铸造工艺一体成形制造出来）所取代（明显无法采用一体成形工艺除外）。
40.另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。
41.本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
42.最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。